¿Qué es una turbina hidroeléctrica?

¿Qué es una turbina hidroeléctrica?

Una turbina hidroeléctrica es una máquina que aprovecha el fluido que pasa a través de ella produciendo un movimiento de rotación que bajo un eje permite el movimiento directo a un generador eléctrico que transforma la energía mecánica en una eléctrica, considerándose a sí misma como el corazón de toda planta eléctrica o central hidráulica.

En palabras más simples, una turbina hidráulica es una máquina capaz de transformar la energía del agua u otro fluido (que es energía cinética), en energía mecánica de rotación. Esta energía puede suceder por la caída de agua o haciendo uso de la misma corriente. Los ciclos son relativamente cortos ya que el primer paso es obtener la energía del agua, luego pasa por la turbina eléctrica que la transforma y finalmente esta se convierte en energía de rotación.

Las turbinas generalmente se encuentran acopladas a centrales hidráulicas, este último a girar produce energía eléctrica con un rendimiento de hasta el 90%. Las turbinas hidráulicas pueden cambiar su estilo de funcionamiento dependiendo del uso que se le adjudique; no obstante, estas son usadas en su gran mayoría para el aprovechamiento de los causes ubicados en lagos y siendo consumidos de manera muy controlada.

La turbina fue inventada hace mas de 100 años por Benoit Fourneyron, este instalo su primera máquina en Pont sur i’Ognon. Estas turbinas se encuentra colocadas en las centrales hidroeléctricas, más específicamente en las bases de motores, siendo esta la mayor parte del trabajo a realizar por medio de una central hidroeléctrica simple.

Este estilo de absorción de recursos convierte el agua en una no del todo apta para los seres humanos ya que la presa la libera al otro extremo, desmineralizada.

¿Cómo funciona una turbina hidroeléctrica?

Las turbinas hidroeléctricas funcionan por medio de ejes rotativos convirtiendo energía cinética en energía de movimiento, esta ultima pasa por el eje central que convierte el movimiento en electricidad, desechando el resto del fluido por un drenaje.

El agua llega a las turbinas por medio de tuberías de alta presión forzadas, el fluido pasa por una velocidad muy alta que una vez convertida por el eje rotativo adquiere una gran fuerza de movimiento; sin embargo, para convertir el agua o fluido en electricidad se necesita de aun mas procesos ya que la turbina solo hace parte del trabajo.

Una vez convertida la energía cinética se procede a una parte generalmente subterránea por medio de otras turbinas que pueden ser de tipo Kaplan, Pelton, Francis, Helice y muchas más, Estas turbinas transfieren la energía obtenida por medio de la fuerza del agua a un generador eléctrico que se encarga de transformarla en energía eléctrica.

El agua una vez convertida en electricidad viaja desde generadores hasta transformadores donde eleva la tensión para poder ser utilizada e incluso transportada por medio de la red eléctrica.

La energía obtenida por una turbina hidroeléctrica puede ser muy variada y todo depende tanto de la fuerza del agua en movimiento como del mismo eje rotativo. Se pueden realizar turbinas hidráulicas caseras para proyectos pequeños que funcionan de manera muy eficiente, logrando un estilo de energía funcional y amigable con el medio ambiente.

Las turbinas hidroeléctricas están compuestas de varias partes que le permiten un rápido movimiento de energía, estas partes son:

  • Rotor: elemento básico que se compone de un disco con sistemas de paletas o cucharas que se encuentran animados por un grado especifico de velocidad anular, la mayor función de la turbina que es transformar la energía en otra es realizada por este mismo rodete ya sea por aceleración o desviación del flujo liquido al pasar por las paletas.
  • Distribuidor: Es una pieza de la turbina que no se mueve ni tiene trabajo mecánico, su función es como su nombre lo indicia, distribuir el agua hacia el rotor y actuar como regulador de flujo de caudal.
  • Tubo de aspiración: Componente que puede ser fácilmente encontrado en las turbinas de reacción, este se instala después del rotor y es el encargado de rescatar la altura que hay entre la salida del rotor y el nivel de canal de desagüe. Este a su vez recupera parte de la energía cinética que esta perteneciente a la velocidad residual del flujo de salida del rotor.
  • Carcasa: parte o coraza de todo el mecanismo encarada de soportar e incluso cubrir todas las partes de la turbina.

Tipos de turbina hidroeléctricas

Las turbinas hidroeléctricas poseen diferentes tipo de mecanismos, estas se encuentran colocadas en subgrupos que se conforman tomando en cuenta los cambio de presión o por otro lado los grados de reacción de acuerdo al rotor, entre estos grupos o divisiones tenemos las turbinas de acuerdo a su grado de reacción y las turbinas de acuerdo a su reactividad.

Las turbinas según su grado de reacción pueden ser de ejes verticales u horizontales y a su vez clasificarse de acuerdo a la dirección donde proceden los fluidos, teniendo entonces 3 tipos de turbinas según reacción; estos son: Turbinas radiales axiales, turbinas axiales y finalmente las turbinas tangenciales.

La primera de estas turbinas se identifica cuando el fluido o agua que entra en el rotor cambia su dirección y sale en forma paralela al eje rotativa, de esta misma manera podemos encontrar las turbinas axiles pero las turbinas tangenciales sin embargo, golpean el rotor por la periferia.

Tenemos el tipo de turbina de acuerdo a reactividad donde sus tipos “De acción y reacción” se mantienen muy diferentes el uno del otro. El primero de ellos mueve la turbina golpeando las paletas del rotor para haya una caída alta del fluido; mientras que la de reacción, mueve el rotor no por golpes sino por una reacción provocada por la salida del agua sobre el rotor.

Existe una subdivisión muy importante entre las turbinas hidráulicas que debe ser destacada por separado al convertirse a sí misma en una versión mucho más rentable, estas son las micro turbinas eléctricas.

Las micro turbinas son creadas a partir del modelo de reacción y su velocidad de presión no se produce del todo por agua sino por otros elementos químicos volátiles derivados del petróleo, este puede ser por ejemplo la gasolina, lo único malo es que este tipo de energía no es totalmente amigable con el medio ambiente y puede provocar daños en la atmosfera; para ello, se han creado las micro turbinas hidroeléctricas que funcionan de manera similar a las grandes turbinas de acción y reacción utilizadas en las presas de agua.

Micro turbinas hidroeléctricas

Las micro turbinas hidroeléctricas son una versión mucho más accesible de conseguir energía a través del agua, para una casa o un vehículo por ejemplo, estas no necesitan de grandes presas para su funcionamiento sino desde una pequeña desviación o caudal de rio, esta presión será suficiente para poner el dispositivo a andar y generar las respuestas deseadas en el menor tiempo posible.

Las micro turbinas suelen ser tipo kaplan y generar 220 v de electricidad, estas turbinas son constantes permitiendo hasta 24 horas continuas de alto voltaje sin necesidad de acumuladores para culminar su instalación, los mantenimientos son mínimos y son perfectas para lugares apartados donde el suministro eléctrico llega de manera deficiente o simplemente no llega.

Estas micro turbinas hidráulicas pueden incluso funcionar de la mano con lo que son las celdas solares fotovoltaicas generando aun mas electricidad renovable y amigable con el medio ambiente.

¿Cuánto cuestan las micro turbinas hidroeléctricas?

Los precios oscilantes de las micro turbinas hidroeléctricas están basados en su potencia y calidad, estas suelen estar alrededor de los 1000 y los 3000 dólares dependiendo del tamaño, siendo las más económicas las turbinas micro tipo Francis de 100kWh, con capacidad de carga para sitios pequeños de manera eficiente y con el mínimo gastos en instalación, algo que le da mucha ventaja frente a las turbinas de agua tradicionales.

Las turbinas más pequeñas de tipo Francis pueden llegar a valer entre 1500 y 2000$ dólares no por su potencia sino por su facilidad al momento de ser transportada, estas pequeñas turbinas funcionan con 50kWh y necesitan de al menos dos de ellas para alimentar una casa de tamaño decente.

1000 kWh y hasta 500KWh se pueden conseguir con una turbina de 29.000$ aunque este precio es totalmente relativo debido a los cambios en cuanto a velocidad e instalación, sus turbinas un poco grande que generan grandes cantidades de voltaje, por lo que su precio es totalmente aceptable frente a lo que ofrecen.

Existen turbinas eléctricas un poco mas adaptadas al mercado de estructuras grandes con precios oscilantes entre los 5000 y los 500.000$, estas generan 1MW y no poseen escobillas, siendo electricidad de alta tensión sin el sacrificio de ninguno tipo de elemento, por lo que podríamos decir que es lo mejor en cuanto micro tecnologías respecta.

Las micro turbinas hidráulicas no pueden ser utilizadas en grandes presas; no obstante, son totalmente funcionales para aquellos que desea tener un estilo de vida mucho más amigable con la naturaleza. En materia de rendimiento, las micro turbinas hibridas con celdas fotovoltaicas son mucho más estables y prometen ser el futuro de la energía eléctrica.

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